In sterro vision, the stereo disparity between the two images from two distinct viewpoints is a powerful cue to 3D shapes and pose estimation. Some geometric difference between stereo images is unavoidable. For stereo images acquired by the two cameras, the focal lengths and zoom levels of the cameras are often slightly different. Differences in the optical properties of the two cameras cause intensity differences between corresponding points in a stereo images. It is desired that a stereo camera system can obtain a pair of images in a single shot and through a single lens so that unwanted geometric nad intensity differneces between the images could be avoided.
This thesis proposes a novel and practical stereo camera system that uses only one camera and a biprism placed in front of the camera. The equivalent of a stereo pair of images is formed as the left and right halves of a single CCD image using a biprism. An advantage of the geometrical set-up is that corresponding features lie on the same scanline automatically. The single camera and biprism have led to a simple stereo system for which coorespondence is very easy and which is accurate for nearby objects in a small field of view. Since we use only a single lens, calibration of the system is greatly simplified. We can reconstruct the 3D strcture using only the disparity between the corresponding points.
Manufacturing the biprism generally, the surface of the biprism has a curvature, which is a factor of the variation of angle. The image distortion is produced by the variation of angle. We introduce an method that can calibrate a deviation of biprism for compensating the distortion. We present a method that can improve the depth accuracy through the compensation and the modeling of the distortion.
The image quality is deteriorated by a chromatic aberration. We present a method that can minimize the chromatic aberration to improve the image quality and the effect of the chromatic aberration according to the angle of the biprism and the refractive index with respect to the material of the prism. To improve the image quality, minimization of a chromatic aberration by combining a different material can be archieved.
Finally, we discuss about the inspection of the BGA-package balls using a biprism stereo camera system. In order to inspect the BGA-package balls, we analyze the geometric relationship between an illumination and the BGA-package balls for measuring a height of the BGA-package balls. It is difficult to extract a feature for correspondence because the surface of the BGA-package balls has a very smooth surface and the size of balls is very small. In order to inspect the BGA-package balls and analyzed the geometric relationship between extract the apex of the BGA-package balls and analyzed the geometric relationshiop between the LED ring light and the BGA-package balls for the center of the diffuse component is positoned at the apex of the BGA-package balls. We have determined the biprism stereo camera system biprism to inspect the BGA-package balls and performed the BGA-package balls with 0.25 mm and 0.2 mm, respectively. Since it is easy to see that a 3D inspection using the biprism stereo camera system is very useful.
본 논문은 바이프리즘을 이용하여 한대의 카메라로부터 스테레오 영상을 얻을 수 있는 스테레오 카메라 시스템을 제안하였다. 스테레오 영상에서의 변위를 사용하여 거리정보를 획득할 수가 있다. 두대의 카메라로부터 얻은 스테레오 영상은 두 카메라의 초점거리 및 줌 레벨 등이 서로 다르며 렌즈의 광학 특성 또한 같지 않다. 즉, 스테레오 영상간의 밝의 차가 발생한다. 이것으로 인해 스테레오 영상간의 대응점을 찾는 신뢰성이 떨어진다. 따라서, 한대의 카메라보부터 스테레오 영상을 얻을 수가 있다면 동일한 광학 특성을 가짐으로써 대응점을 찾을 때 신뢰성을 확보할 수가 있다. 또한 스테레오 영상간의 대응점이 같은 주사선에 존재한다면 고속으로 서로 대응되는 점을 찾을 수 있는 장점이 있다.
따라서, 본 논문에서 제안한 바이프리즘 스테레오 카메라는 한번 촬영으로 스테레오 영상을 얻을 수 있으며 대응점은 같은 주사선에 존재하게 된다. 또한 카메라의 동일한 방학특성을 가짐으로써 스테레오 영상은 영상간의 기하학 및 밝기의 차를 줄이고 대응점을 찾는 탐색 영역을 작게 할 수가 있는 장점을 가지고 있다. 따라서,, 제안된 시스템의 원리 및 기하학적 특성을 규명하고 이를 실험으로써 검증을 하였다. 바이프리즘을 사용함으로써 제작상의 문제점으로 표면의 곡률에 따라 영상의 왜곡 현상이 발생한다. 또한 근본적인 문제점으로는 파장에 따른 굴절률의 차로 인해 색수차가 발생하게 된다. 먼저 영상 왜곡의 원인을 분석을 통하여 보상해줌으로써 3차원 형상복원 시 정도를 향상시킬 수가 있었다. 또한 색수차를 최소화하기 위해 서로 따른 재질의 프리즘을 조합함으로써 해결할 수가 있으며 스테레오 영상간의 밝기의 차를 최소화할 수가 있다.
바이프리즘 스테레오 카메라 시스템을 BGA 볼의 높이 측정하는 것에 적용을 했다. 볼의 크기가 매우 작기 때문에 고 해상도의 카메라 및 볼의 정점을 추출하기 위한 조명시스템의 기하학적인 분석이 필요하다. 볼의 높이를 측정 가능한 바이프리즘의 사양을 결정하여 볼의 높이가 0.55mm, 0.2mm에 대하여 각각 실험을 수행한 결과 50$\mu$m의 정도를 얻을 수가 있었다. 본 논문에서 제안한 바이프리즘 스테레오 카메라 시스템은 작은 물체의 측정에도 상당히 유용함을 볼 수가 있다.
